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    Interpretable Binary and Multiclass Prediction Models for Insolvencies and Credit Ratings

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    Insolvenzprognosen und Ratings sind wichtige Aufgaben der Finanzbranche und dienen der Kreditwürdigkeitsprüfung von Unternehmen. Eine Möglichkeit dieses Aufgabenfeld anzugehen, ist maschinelles Lernen. Dabei werden Vorhersagemodelle aufgrund von Beispieldaten aufgestellt. Methoden aus diesem Bereich sind aufgrund Ihrer Automatisierbarkeit vorteilhaft. Dies macht menschliche Expertise in den meisten Fällen überflüssig und bietet dadurch einen höheren Grad an Objektivität. Allerdings sind auch diese Ansätze nicht perfekt und können deshalb menschliche Expertise nicht gänzlich ersetzen. Sie bieten sich aber als Entscheidungshilfen an und können als solche von Experten genutzt werden, weshalb interpretierbare Modelle wünschenswert sind. Leider bieten nur wenige Lernalgorithmen interpretierbare Modelle. Darüber hinaus sind einige Aufgaben wie z.B. Rating häufig Mehrklassenprobleme. Mehrklassenklassifikationen werden häufig durch Meta-Algorithmen erreicht, welche mehrere binäre Algorithmen trainieren. Die meisten der üblicherweise verwendeten Meta-Algorithmen eliminieren jedoch eine gegebenenfalls vorhandene Interpretierbarkeit. In dieser Dissertation untersuchen wir die Vorhersagegenauigkeit von interpretierbaren Modellen im Vergleich zu nicht interpretierbaren Modellen für Insolvenzprognosen und Ratings. Wir verwenden disjunktive Normalformen und Entscheidungsbäume mit Schwellwerten von Finanzkennzahlen als interpretierbare Modelle. Als nicht interpretierbare Modelle werden Random Forests, künstliche Neuronale Netze und Support Vector Machines verwendet. Darüber hinaus haben wir einen eigenen Lernalgorithmus Thresholder entwickelt, welcher disjunktive Normalformen und interpretierbare Mehrklassenmodelle generiert. Für die Aufgabe der Insolvenzprognose zeigen wir, dass interpretierbare Modelle den nicht interpretierbaren Modellen nicht unterlegen sind. Dazu wird in einer ersten Fallstudie eine in der Praxis verwendete Datenbank mit Jahresabschlüssen von 5152 Unternehmen verwendet, um die Vorhersagegenauigkeit aller oben genannter Modelle zu messen. In einer zweiten Fallstudie zur Vorhersage von Ratings demonstrieren wir, dass interpretierbare Modelle den nicht interpretierbaren Modellen sogar überlegen sind. Die Vorhersagegenauigkeit aller Modelle wird anhand von drei in der Praxis verwendeten Datensätzen bestimmt, welche jeweils drei Ratingklassen aufweisen. In den Fallstudien vergleichen wir verschiedene interpretierbare Ansätze bezüglich deren Modellgrößen und der Form der Interpretierbarkeit. Wir präsentieren exemplarische Modelle, welche auf den entsprechenden Datensätzen basieren und bieten dafür Interpretationsansätze an. Unsere Ergebnisse zeigen, dass interpretierbare, schwellwertbasierte Modelle den Klassifikationsproblemen in der Finanzbranche angemessen sind. In diesem Bereich sind sie komplexeren Modellen, wie z.B. den Support Vector Machines, nicht unterlegen. Unser Algorithmus Thresholder erzeugt die kleinsten Modelle während seine Vorhersagegenauigkeit vergleichbar mit den anderen interpretierbaren Modellen bleibt. In unserer Fallstudie zu Rating liefern die interpretierbaren Modelle deutlich bessere Ergebnisse als bei der zur Insolvenzprognose (s. o.). Eine mögliche Erklärung dieser Ergebnisse bietet die Tatsache, dass Ratings im Gegensatz zu Insolvenzen menschengemacht sind. Das bedeutet, dass Ratings auf Entscheidungen von Menschen beruhen, welche in interpretierbaren Regeln, z.B. logischen Verknüpfungen von Schwellwerten, denken. Daher gehen wir davon aus, dass interpretierbare Modelle zu den Problemstellungen passen und diese interpretierbaren Regeln erkennen und abbilden

    Time Series Trend Analysis Based on K-Means and Support Vector Machine

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    In this paper, we apply both supervised and unsupervised machine learning techniques to predict the trend of financial time series based on trading rules. These techniques are K-means for clustering the similar group of data and support vector machine for training and testing historical data to perform a one-day-ahead trend prediction. To evaluate the method, we compare the proposed method with traditional back-propagation neural network and a standalone support vector machine. In addition, to implement this combination method, we use the financial time series data obtained from Yahoo Finance website and the experimental results also validate the effectiveness of the method

    Adapting Decision DAGs for Multipartite Ranking

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    European Conference, ECML PKDD 2010, Barcelona, Spain, September 20-24, 2010Multipartite ranking is a special kind of ranking for problems in which classes exhibit an order. Many applications require its use, for instance, granting loans in a bank, reviewing papers in a conference or just grading exercises in an education environment. Several methods have been proposed for this purpose. The simplest ones resort to regression schemes with a pre- and post-process of the classes, what makes them barely useful. Other alternatives make use of class order information or they perform a pairwise classi cation together with an aggregation function. In this paper we present and discuss two methods based on building a Decision Directed Acyclic Graph (DDAG). Their performance is evaluated over a set of ordinal benchmark data sets according to the C-Index measure. Both yield competitive results with regard to stateof- the-art methods, specially the one based on a probabilistic approach, called PR-DDA

    Three dimensional finite element modeling, when drilling of Ti-6Al-4V

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    Finite element modeling (FEM) is widely used to optimize machining processes, to predict and analyze the cutting force, cutting temperature and other related responses. Most of the FEM studies were conducted under the two dimensional orthogonal cutting. Drilling process, which involves oblique cutting is not suitable for orthogonal cutting modelling. Therefore, an attempt to simulate a three dimensional simulation of the drilling process is required. A commercially available software called DEFORM is used to accomplish the task. The value of thrust force from the simulation is compared with the experimental results and they are both in a good agreement. Comparison of the drill temperature at TC1 and TC2 are within an error margin of 12%

    Improving Query Classification by Features’ Weight Learning

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    This work is an attempt to enhance query classification in call routing applications. A new method has been introduced to learn weights from training data by means of a regression model. This work has investigated applying the tf-idf weighting method, but the approach is not limited to a specific method and can be used for any weighting scheme. Empirical evaluations with several classifiers including Support Vector Machines (SVM), Maximum Entropy, Naive Bayes, and k-Nearest Neighbor (k-NN) show substantial improvement in both macro and micro F1 measures

    A Comparative Analysis of Ensemble Classifiers: Case Studies in Genomics

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    The combination of multiple classifiers using ensemble methods is increasingly important for making progress in a variety of difficult prediction problems. We present a comparative analysis of several ensemble methods through two case studies in genomics, namely the prediction of genetic interactions and protein functions, to demonstrate their efficacy on real-world datasets and draw useful conclusions about their behavior. These methods include simple aggregation, meta-learning, cluster-based meta-learning, and ensemble selection using heterogeneous classifiers trained on resampled data to improve the diversity of their predictions. We present a detailed analysis of these methods across 4 genomics datasets and find the best of these methods offer statistically significant improvements over the state of the art in their respective domains. In addition, we establish a novel connection between ensemble selection and meta-learning, demonstrating how both of these disparate methods establish a balance between ensemble diversity and performance.Comment: 10 pages, 3 figures, 8 tables, to appear in Proceedings of the 2013 International Conference on Data Minin
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